Thiết kế cung cấp điện cho trường THPT quang trung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG ISO 9001:2015 THIẾT KẾ CUNG CẤP DIỆN CHO TRƯỜNG THPT QUANG TRUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH ĐIỆN Tự động cơng nghiệp HẢI PHỊNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG THIẾT KẾ CUNG CẤP DIỆN CHO TRƯỜNG THPT QUANG TRUNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH: ĐIỆN TỰ DỘNG CƠNG NGHIỆP Sinh viên : Lê Minh Giảng viên hướng dẫn : GS.TS Thân Ngọc Hồn HẢI PHỊNG - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ HẢI PHỊNG NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Sinh viên: Lê Minh - Mã SV: 1412101127 Lớp: DT1801 - Ngành: Điện Tự động công nghiệp Tên đề tài: Thiết kế cung cấp điện cho Trường THPT Quang Trung NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI Nội dung yêu cầu cần giải nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp ( lý luận, thực tiễn, số liệu cần tính tốn vẽ) …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính tốn …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Địa điểm thực tập tốt nghiệp …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Người hướng dẫn thứ nhất: Họ tên : GS.TS Thân Ngọc Hoàn Học hàm, học vị : Giáo Sư , Tiến Sĩ Cơ quan công tác : Trường Đại Học Quản Lý Công Nghệ Hải Phịng Nội dung hướng dẫn : Tồn đề tài Người hướng dẫn thứ hai: Họ tên: Học hàm, học vị: Cơ quan công tác: Nội dung hướng dẫn: Đề tài tốt nghiệp giao ngày tháng năm Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày tháng năm Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN Đã giao nhiệm vụ ĐTTN Sinh viên Người hướng dẫn Lê Minh GS, TS Thân Ngọc Hồn Hải Phịng, ngày tháng năm 2019 Hiệu trưởng GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Tinh thần thái độ sinh viên trình làm đề tài tốt nghiệp Đánh giá chất lượng đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ Đ.T T.N mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…) Ý kiến giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp Được bảo vệ Không bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phòng, ngày … tháng … năm Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN Họ tên giảng viên: Đơn vị công tác: Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Đề tài tốt nghiệp: Phần nhận xét giáo viên chấm phản biện Những mặt hạn chế Ý kiến giảng viên chấm phản biện Được bảo vệ Khơng bảo vệ Điểm hướng dẫn Hải Phịng, ngày … tháng … năm Giảng viên chấm phản biện (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: XÁC ĐỊNH CÔNG XUẤT TÍNH TỐN 13 1.1GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHỤ TẢI TÍNH TỐN 13 1.1.1Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất đặt hệ số nhu cầu 13 1.1.1Xác định phụ tải tính tốn theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất 14 1.1.2 Xác định phụ tải tính tốn theo suất tiêu hao điện cho đơn vị sản phẩm 14 1.1.3 Xác định phụ tải tính tốn theo hệ số cực đại kmax cơng suất trung bình ptb (cịn gọi phương pháp số thiết bị hiệu nhq) 15 1.1.2 Phương pháp tính tốn chiếu sáng: 16 1.2Xác định cơng suất phụ tải tính tốn trường học 18 1.2.1Chia nhóm phụ tải trường học 18 1.2.2Xác định công suất đặt nhóm 19 2.2.3 Xác định cơng suất tính tốn trường học 45 CHƯƠNG 2: CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO TRƯỜNG HỌC 48 2.1CÁC PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN 48 2.1 Lựa chọn phương án cấp điện cho trường học 50 CHƯƠNG 3: CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠNG ĐIỆN 58 3.1CHỌN DÂY DẪN 58 3.1.1Phương pháp lực chọn tiết diện dây dẫn 58 3.1.1 Lựa chọn tiết diện dây dẫn 62 3.2 CHỌN MÁY BIẾN ÁP 65 3.3CHỌN CB (APTOMAT) 67 3.3.1 Tổng trở mạng điện 67 3.3.2 Tính tốn ngắn mạch 68 3.3.3 Lựa chọn CB 72 CHƯƠNG 4: CHỐNG SÉT 75 4.1 TÍNH TỐN CHIỀU CAO CỘT THU SÉT 75 4.2CHỌN CÁP DẪN SÉT 79 4.3HỆ THỐNG TIẾP ĐẤT CHỐNG SÉT 80 4.3.1Tóm tắt lý thuyết nối đất chống sét 80 4.3.1.1Khái niệm 80 4.2.1.2Tính tốn nối đất 80 KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 LỜI MỞ ĐẦU Cung cấp điện ngành quan trọng xã hội loài người, trình phát triển nhanh khoa học kĩ thuật nước ta đường cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Vì thế, việc thiết kế cung cấp điện vấn đề quan trọng thiếu ngành điện nói chung sinh viên học tập, nghiên cứu lĩnh vực nói riêng Trong năm gần đây, nước ta đạt thành tựu to lớn phát triển kinh tế xã hội Số lượng nhà máy công nghiệp, hoạt động thương mại, dịch vụ, … gia tăng nhanh chóng , dẫn đến sản lượng điện sản xuất tiêu dùng nước ta tăng lên đáng kể dự báo tiếp tục tăng nhanh năm tới Do mà cần đội ngũ người am hiểu điện để làm công tác thiết kế vận hành, cải tạo sửa chữa lưới điện nói chung có khâu thiết kế cung cấp điện quang trọng Nhằm giúp sinh viên củng cố kiến thức học trường vào việc thiết kế cụ thể Nay em giao đề tài “Thiết kế cung cấp điện cho Trường THPT Quang Trung (Vạn Mỹ , Ngơ Quyền , Hải Phịng )”.” Tuy em thực đồ án hướng dẫn tận tình thầy giáo GS.TS Thân Ngọc Hồn bạn lớp trình độ kiến thức cịn nhiều hạn chế, nên có đơi phần thiếu sót Em mong đóng góp ý kiến, phê bình sửa chữa từ q thầy bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày 15 tháng năm 2018 Sinh viên Lê Minh 10 x0  : đường dây cóF  50mm2 x0  0.08(mm / km) , đường dây có F  50mm2 x0  0.08(mm / km) , đường dây có F  50mm2 Bỏ qua giá trị tổng trở CB -Tổng trở máy biến áp quy phía hạ áp : 𝑍𝐵𝐴 = ∆𝑃𝑁 𝑈𝑑𝑚𝐵𝐴 106 𝑆𝑑𝑚𝐵𝐴 4.1∗(0.38)2 ∗102 Zba  2502 +𝑗 +𝑗 𝑈𝑁 %.𝑈𝑑𝑚𝐵𝐴 104 4∗(0.38)2 ∗104 250 𝑆𝑑𝑚𝐵𝐴 = 9,47 + 𝑗23,1 (𝑚 3.3.2 Tính tốn ngắn mạch MB A Hình 3.2 sơ dồ tính tốn mạch 68 (𝑚 -Để tính ngắn mạch hạ áp cho phép lấy kết gần cách cho trạm biến áp phân phối nguồn, tổng trở ngắn mạch cần kể từ tổng trở biến áp đến điểm cần tính ngắn mạch Dịng điện ngắn mạch điểm tính tốn theo cơng thức: 𝐼𝑁 = 𝑈𝑑𝑎𝑦 √3 𝑍𝑁 = 𝑈𝑝ℎ𝑎  𝑍𝑁 Trong : 𝐼𝑁 dòng điện ngắn mạch’ 𝑈𝑑𝑚 điện áp định mức điểm ngắn mạch 𝑍𝑁 tổng trở tính từ nguồn đến điểm ngắn mạch bao gồm tổng trở biến áp ,tổng trở đường dây, tổng trở cb, tổng trở -Dòng điện ngắn mạch điểm 𝑵𝟎 Tổng trở từ MBA đến điểm ngắn mạch N0 𝑈𝑑𝑚 𝑍𝑁0 = √3 √(𝑅𝐵𝐴 + 𝑅𝑙0 )2 + (𝑋𝐵𝐴 + 𝑋𝑙0) Trong : Udm : điện áp định mức điểm ngắn mạch Rba , Xba : điện trở điện kháng máy biến áp quy phía hạ áp R𝑙𝑜 , 𝑋𝑙𝑜 : điện trở điện kháng đường dây tính từ mba tới điểm ngắn mạch Từ ta tính tổng trở 𝑍𝑁0 = N 𝑍𝑁0  (9, 47  0, 24)  j *(23,1 0,16)  9,764  j *23, 26(m) Vậy dòng điện ngắn mạch No điểm IND = 8,69 (kA) 69 Dòng điện ngắn mạch điểm N1 : Tổng trở từ máy biến áp đến điểm ngắn mạch N1: 𝑍𝑁1 = 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙1 + 𝑍𝑁11 𝑍𝑁1 = 9,764  j 23, 26(m) Zl1 =  1,3616 j.0,592(m/km) Zl1 = 1,3905 + j.0,36(m/km) Zn = 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙1 + 𝑍𝑁11 = 13 + 𝑗 24 (m  𝐼𝑁 = 380 √3.√132 +24 = (𝐾𝐴) Vậy dòng ngắn mạch điểm N1 I𝑛1 = KA -Dòng điện ngắn mạch điểm N2 : Tổng trở từ máy biến áp đến điểm ngắn mạch N2 : Z n  Z n  Zl  Zl Z𝑛1 = 9,764  j 23, 26(m) Zl1 = 1,3616 j.0,592(m/km) Zl2 = 11(m  / km) Zn 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙1 + 𝑍𝑙2 + 𝑍𝑙21 = 22 + 𝑗24 (m I𝑁3 = 380 √3.√222 +24 = 6,7 𝐾𝐴 Vậy dòng ngắn mạch điểm N2 In2 = 6,7 KA Dòng điện ngắn mạch điểm N3 : Tổng trở từ máy biến áp đến điểm ngắn mạch N3 Zn  𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙1 + 𝑍𝑙2 70 Zn  9,764  j 23, 26(m) Zl1  1,3616 j.0,592(m/km) Zl2  11(m/km) Zl21  8, 05(m/km) Zn 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙1 + 𝑍𝑙2 + 𝑍𝑙21 = 30 + 𝑗 23,852(m =>I𝑁3 = 380 √3.√302 +23,8522 = 5.73 𝐾𝐴 Vậy dòng ngắn mạch điểm N3 I 5,73KA -Dòng điện ngắn mạch điểm N4 : Tổng trở từ máy biến áp đến điểm ngắn mạch N4 : ZN4 = 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙3 + 𝑍𝑙21 ZNo  9,822  j.23, 26(m) Zl3  37,107(m/km) Zl31  3, 66(m/km) 𝑍𝑁4 = 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙3 + 𝑍𝑙31 = 51 + 𝑗23.26(m) =>I𝑁3 = 380 √3.√51+23,262 = 𝐾𝐴 Vậy dòng ngắn mạch điểm N4 IN4 = KA Dòng điện ngắn mạch điểm N5 : Tổng trở từ máy biến áp đến điểm ngắn mạch N5 : 𝑍𝑁5 = 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙3 + 𝑍𝑙4 ZNo = 9,822  j.23, 26(m) Zl  37,107(m  / km) Zl  113,74(m  / km) 𝑍𝑁5 = 𝑍𝑁0 + 𝑍𝑙3 + 𝑍𝑙4 = 161 + 𝑗23.26(m) 71 =>I𝑁5 = 380 √3.√1612 +23,262 = 1,35 𝐾𝐴 Vậy dòng ngắn mạch điểm N5 IN5 = 1,35 KA 3.3.3 Lựa chọn CB Điều kiện chọn CB: Udmcb  Udmld Idmcb  Itt Ucdmcb  U n -Lựa chọn CBT: điều kiện chọn: Udmcb  380(V ) Idmcb  331(A) Icdmcb  8,69(KA) CBT CB có dịng điện phụ tải chạy qua I=331 (A) ta chọn CB loại NS400N Merlin Gerin chế tạo với thông số sau: Udmcb  690(V ) Idmcb  400(A) Icdmcb  10(KA) *Lựa chọn tương tự cho CB ta có bảng sau: 72 Kí hiệu Loại Hãng sản suất Udmcb (V) Idmcb (A) Icdmcb (KA) CB1 NS250N Merlin Gerin 690 250 CB11 NS100N Merlin Gerin 600 100 CB12 100AFABH103A LG 600 50 10 CB13 100AFABH103A LG 600 40 10 CB2 100AFABH103A LG 600 20 7,5 CB3 100AFABH103A LG 600 75 7,5 CB31 100AFABH103A LG 600 30 7,5 CB32 100AFABH103A LG 600 40 7,5 CB33 100AFABH103A LG 600 20 7,5 CB34 100AFABH103A LG 600 75 10 CB4 100AFABH103A LG 600 60 7,5 CB41 100AFABH103A LG 600 20 7,5 CB42 100AFABH103A LG 600 30 7,5 CB43 100AFABH103A LG 600 20 7,5 CB5 100AFABH103A LG 600 20 7,5 73 3.3Sơ đồ nguyên lý 74 CHƯƠNG 4: CHỐNG SÉT 4.1 TÍNH TỐN CHIỀU CAO CỘT THU SÉT *Phương pháp dùng đầu thu sét phát tia tiên đạo: Phương pháp tính tốn theo cơng thức tiêu chuẩn nfc 17102(pháp) -Hệ thống chống sét Hệ thống hoàn chỉnh sử dụng để bảo vệ cấu trúc khu vực mở chống lại tác động sét Nó bao gồm cài đặt chống sét trực tiếp cài đặt bảo vệ chống sét lan truyền, có -Đầu phát xạ kim thu sét (ESE) Một cột thu lơi trang bị hệ thống kích hoạt sớm dòng ion hướng lên so sánh với cột thu lơi đơn giản (SR) điều kiện -q trình kích hoạt sớm Hiện tượng vật lý với khởi đầu vầng hào quang (corona) tiếp tục lan truyền theo hướng lên -Thời gian kích hoạt sớm (∆T) Thời gian ESE đạt tia hướng lên so sánh với sr điều kiện phương pháp đánh giá Giá trị diễn dải µs Thời gian kích hoạt sớm (∆T) dùng để xác định bán kính bảo vệ Điều thể sau: ∆T = Tsr – Tese Trong đó: Tsr thời gian kích hoạt tia tiên đạo kim thu sét cổ điển sr Tese thời gian kích hoạt tia tiên đạo kim thu sét ese ∆t ≤ 60µs cơng thức NFC 17102, ∆T lớn quy 60µs để tính -Cấp bảo vệ (D) Phân loại hệ thống bảo vệ chống sét thể hiệu nó, 75 có cấp độ: Cấp bảo vệ (D) Khả bảo vệ Bán kính hình trịn Lăn (R - khoảng (ei) Giá trị dịng sét thấp Nhất I (kA) cách Giữa tia sét kim ESE) IV 84% 60 15.7 III 91% 45 10.1 II 97% 30 5.4 I 99% 20 2.9 Các thông số đặc trưng hiệu ứng liên quan s ét Các thông số đặc trưng: Cường độ Thời gian tăng Thời gian suy giảm Sự thay đổi tỷ lệ (di/dt) Phân cực (âm hay dương) Năng lượng cụ thể Số nhánh tia sét Các hiệu ứng liên quan: Hiệu ứng quang Hiệu ứng âm Hiệu ứng điện hóa học Ảnh hưởng nhiệt Bức xạ điện từ Hiệu ứng điện - Phạm vi bảo vệ Lưu ý: Ở ta tính phạm vi bảo vệ thiết bị ese nên chiều cao h tối thiểu để tính 2m lớn 60m theo tiêu chuẩn NFC 17102 Nên áp dụng cấp bảo vệ level I (D= 20m) ∆T ≤ 60µs phạm vi bảo vệ bao trùm vòng cung có trục ESE bán kính bảo vệ xác định dựa độ cao h xem xét 76 Mối quan hệ bán kính bảo vệ R chiều cao h Hình 3.4 -Độ cao h khoảng cách đỉnh ESE so với mặt phẳng ngang qua đỉnh phần tử bảo vệ Bán kính R bán kính bảo vệ ESE độ cao xem xét -Bán kính bảo vệ (Rp) Bán kính bảo vệ ese có liên quan đến chiều cao so với khu vực bảo vệ, thời gian phát tia tiên đạo ∆t cấp độ bảo vệ lựa chọn Mối quan hệ thể công thức sau: 𝑅𝑝 = √ℎ(2𝐷 − ℎ) + ∆𝐿(2𝐷 + ∆𝐿) 77 Với h ≥5m (CT 1) Nếu 2m ≤ h < 5m, tra bảng 2.2.3.3a (cho level I), b(cho level II), c (cho level III) trang 13, 14, 15 tiêu chuẩn NFC 17102 Trong đó: D(m): khoảng cách tia tiên đạo sét đầu tia tiên đạo kim thu sét hay bán kính hình cầu lăn D kim thu sét cổ điển Hình 3.5 D kim thu sét ese Hình 3.6 78 Δl:là độ dài (quãng đường) tia tiên đạo ∆l(m) = v(m/µs).∆t(µs) (CT 2) v = vup = vdown = m/µs (vận tốc trung bình đo tia tiên đạo) ∆t: xem phụ lục C – NFC 17102 Tính tốn chọn đầu thu sét Ở ta chọn kim thu sét Pulsar 60 IMH 6102 Các thông số kỹ thuật kim thu sét Pulsar 60 IMH 6102 kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (E.S.E) Bán kính bảo vệ: cấp I: 79 mét, cấp II: 86 mét, cấp III: 97 mét, cấp iv: 107 mét Thời gian phát tia tiên đạo: 60 micro/s Hiệu: pulsar, model: IMH 6012 hãng HELITA, xuất xứ: PHÁP -Nguyên tắc hoạt động: Đầu thu sét pulsar nhận lượng cần thiết khí để tích trữ điện tích bầu hình trụ Pulsar thu lượng tù vùng điện trường xung quanh từ 10- 20000v/m, đường dẫn chủ động bắt đầu điện trường xung quanh vượt giá trị cực đảm bảo nguy sét đánh nhỏ Phát tín hiệu có hiệu điện cao với biên độ, tần số định tạo đường dẫn sét chủ động phía đồng thời làm giảm điện tích xung quanh đầu thu sét tức cho phép giảm thời giam yêu cầu phát đường dẫn sét chủ động vềphía liên tục Điều khiển giải phóng ion thời điểm: thiết bị ion hóa cho phép ion phát khoảng thời gian ngắn thời điểm thích hợp, vài phần giây trước có phóng điện sét, đảm ảo dẫn sét kịp thời, xác an tồn Pulsar thiết bị chủ động khơng sủ dụng nguồn nào, không gây tiếng động nào, tác động vịng vài us trước có dịng sét thực đánh xuống có hiệu thời gian lâu dài 4.2CHỌN CÁP DẪN SÉT Chọn cáp đồng thoát sét m50 (tiết diện 50mm2), sử dụng đường dẫn sét đảm 79 bảo khả dẫn sét nhanh chóng an tồn cho tịa nhà 4.3HỆ THỐNG TIẾP ĐẤT CHỐNG SÉT 4.3.1Tóm tắt lý thuyết nối đất chống sét 4.3.1.1Khái niệm Nối đất chống sét nhầm tản dòng vào đất.giữ cho điện điện phần tử nối đất không cao để hạn chế phóng điện ngược từ phần tử đến phận mạng điện thiết bị khác.đó nối đất cột thu sét, dây chống sét, thiết bị chống sét, nối đất kết cấu kim loại bị sét đánh Các loại nối đất thông thường thực hệ thống cột thép (đồng) đóng vào đất ngang vật liệu chon đất.cọc nối liền với nối liền với vật cần nối đất.cọc thường làm thép ống thép không gỉ (hoặc mạ kẽm), đường kính 26cm, dài từ 2-4cm làm thép góc 40x40mm2, 50x50mm2, 60x60mm2, đóng thẳng đứng vào đất Còn ngang làm thép dẹt tiết diện (35)x(20-40)mm2 thép trịn đường kính 10-20mm Cọc gọi chung cọc cực nối đất, thường chon sâu cách mặt đất 50-80cm để giảm bớt ảnh hưởng thời tiết không thuận lợi( khô vào mùa nắng bị băng giá mùa đông) tránh bị hư hỏng giới (đào bới, cày cuốc) 4.2.1.2Tính tốn nối đất Nối đất tự nhiên: sử dụng ống dẫn nước hay ống kim loại khác đặt đất( trừ ống dẫn nhiên liệu khí), kết cấu kim loại cơng trính nhà cửa có nối đất vỏ bọc kim loại cáp đặt đất Khi xây dựng trang bị nối đất cần tận dụng vật liệu tự nhiên có sẵn Điện trở nối đất xác định bắng cách đo chỗ tra bảng Nối đất nhân tạo: thường thực cọc thép Đối với mạng điên